Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

36 — Forschung Professur für Experimentalphysik/Laserphysik Prof. Dr. Stefan Nolte Forschungsschwerpunkte  Lineare und nichtlineare Laser-Materie-Wechselwirkung: ein fundamentales Verständnis der Wech- selwirkung zwischen ultrakurzen Laserpulsen Festkörpern mit detaillierter Analyse von Propagati- ons- und Absorptionseffekten sowie nachfolgende Relaxationsprozessen  Mikro-und Nanostrukturierung mit ultrakurzen Laserpulsen: hochpräzise Strukturierung auf der Mik- ro- bis Nanometerskala mittels ultrakurzer Laserpulse - vom Abtrag bis zur definierten Manipulation von Materialeigenschaften  Volumenmodifikationen in Gläsern: nichtlineare Absorption im Innern von transparenten Materialien erlaubt die Modifikation der Ausbreitungseigenschaften von Licht, Anwendungsbeispiele umfassen Faser- und Volumen-Bragg-Gitter, Wellenleitersysteme und künstlich doppelbrechende Strukturen  Spektroskopische Methoden für Gasanalyse: Nichtlineare Spektroskopiemethoden werden zur Ana- lyse von Gasen unter extremen Bedingungen entwickelt Die effiziente Nutzung fossiler Brennstoffe ist eine zentrale Herausforderung unserer Zeit, wie z.B. die aktuelle Diskussion über den Kohlestrom zeigt, und es besteht die dringende Notwendig- keit, die Effizienz dieser Prozesse zu erhöhen. Sie sind bislang für diagnostische in-situ Techniken schwer zugänglich, da z. B. die technische Verga- sung von Kohle unter extremen Umgebungsbe- dingungen (~1400 °C, ~40 bar) abläuft. Im Rah- men der vom BMBF geförderten Verbundprojekte HITECOM (FKZ:03Z1H532, 03Z1H533) und Opti- Con (FKZ:03Z1H535) werden am IAP Spektro- skopietechniken für diese extreme Umgebungs- bedingungen entwickelt. In Zusammenarbeit mit Gasspektroskopie unter Hochdruck-/Hochtemperaturbedingungen der TU Bergakademie Freiberg ist ein Hochdruck-/ Hochtemperaturofen realisiert worden, der opti- schen Zugang erlaubt [1]. Ein vielversprechender, spektroskopischer An- satz zur Charakterisierung ist die kohärente Anti- Stokes-Ramanspektroskopie. Durch Verwendung ultrakurzer Pulsdauern („fs-CARS“) ist es möglich, die Gaszustände abzufragen, bevor störende Mo- lekülstöße stattfinden. Durch Verwendung eines optisch-parametrischen Verstärkers (OPCPA) ist es im HITECOM-Projekt gelungen, mit Hilfe eines ~7 fs Pulses die Ramanübergänge sämtlicher bei der Kohlevergasung relevanten Gasspezies anzu- regen [2]. Abb. 1 zeigt beispielhaft ein fs-CARS- Spektrum von CO 2 für die Thermometrie [3]. In einem weiteren Schritt wird ein Verfahren entwi- ckelt, das die gleichzeitige Temperatur- und Kon- zentrationsbestimmung mittels fs-CARS ermög- licht. Abb. 1. Thermometrie an CO 2 bei zwei verschiedenen Temperaturen. [1] F. Küster, P. Nikrityuk, M. Junghanns, S. Nolte, A. Tünnermann, R. Ackermann, A. Richter, S. Guhl, B. Meyer, In-situ investigation of single particle gasification in a defined gas flow applying TGA with optical measurements, Fuel 194, 544 (2017) [2] G. Matthäus, S. Demmler, M. Lebugle, F. Küster, J. Limpert, A. Tün- nermann, S. Nolte, R. Ackermann, Ultra-broadband two beam CARS using femtosecond laser pulses, Vibrational Spectroscopy 85, 128 (2016) [3] M. Kerstan, I. Makos, S. Nolte, A. Tünnermann, R. Ackermann, Two- beam femtosecond coherent anti-Stokes Raman scattering for thermometry on CO 2 , Appl. Phys. Lett. 110 (2), 021116 (2017)